Planetary gear set (Power Train)

Planetary Gear

Gambar 28 –Planetary gear set

Planetary gear set (Gambar 28) menyediakan peningkatan kecepatan, pengurangan kecepatan, perubahan arah, netral dan direct drive. Gear set juga dapat menyediakan variasi kecepatan disetiap tingkatan operasi, dengan pengecualian netral dan direct drive.

Komponen-komponen Planetary Gear Set

Planetary gear set sederhana terdiri dari tiga komponen:

§ Sun gear

§ Carrier planetary pinion

§ Ring gear atau annulus.

Gambar 29 – Susunan planetary gear sama dengan sistem tata surya, dengan sun gear dikelilingi planetary pinion gear.

Sun gear terletak di pusat susunan (Gambar 29). Ini adalah gear terkecil dalam susunan dan terletak di tengah poros. Sun gear dapat juga berupa rancangan spur atau helical gear.

Sun gear bertautan dengan gigi pada planetary pinion gear. Planetary pinion gear adalah gear kecil yang disusun dalam kerangka yang disebut planetary carrier. Planetary carrier dapat terbuat dari besi tuang, aluminium, atau pelat baja dan dirancang dengan sebuah shaft untuk masing-masing planetary pinion gear.  (Untuk selanjutnya, planetary pinion gear akan disebut planetary pinion). 

Planetary pinion berputar pada needle bearing yang diposisikan di antara shaft planetary carrier dan planetary pinion.  Jumlah planetary pinion di dalam sebuah carrier tergantung dari beban yang dipikul. Transmisi kendaraan otomatis harus mempunyai tiga planetary pinion dalam planetary carrier. Heavy duty highway trucks dapat mempunyai sebanyak lima planetary pinion dalam planetary carrier. Carrier dan pinion-nya disebut sebagai satu kesatuan unit gear.

Planetary pinion mengelilingi poros tengah sun gear dan dilingkari oleh annulus atau ring gear. Ring gear bertindak seperti sebuah pengikat yang menahan keseluruhan gear set bersama dan memberikan kekuatan yang besar pada unit. 

Ring gear diletakkan pada jarak terjauh dari poros pusat dan karena itu berfungsi sebagai tuas terbesar pada poros pusat. Untuk membantu mengingat rancangan planetary gear set, gunakan sistem tata surya sebagai contoh. Sun adalah pusat tata surya dengan planet berputar disekelilingnya. Karena itu disebut planetary gear set.

Sun gear memiliki jumlah gigi paling kecil, kemudian ring gear atau annulus dan planetary carrier memiliki jumlah gigi paling banyak.

Dengan mengabaikan jumlah gear pada planetary carrier, kita dapat memperkirakan jumlah gigi pada planetary carrier dengan cara menambahkan jumlah gigi pada sun gear dengan jumlah gigi pada ring gear (annulus).

Yaitu sun gear mempunyai 24 gigi dan ring gear mempunyai 48 gigi, kemudian abaikan jumlah gear dalam planetary carrier, planetary carrier akan mewakili 72 gigi.

KEUNTUNGAN DESAIN

Beberapa keuntungan planetary gear set adalah sebagai berikut:

§  Gear bertautan secara terus menerus. Sehingga kecil kemungkinan terjadi kerusakan pada gigi. Tidak ada pengasahan atau ketidak-sejajaran dan kekuatan gear dibagi rata.

§  Planetary gear set sangat ringkas

§  Kegunaan yang banyak. Tujuh kombinasi kecepatan dan arah dapat diperoleh dari planetary gear set tunggal.

§  Variasi kecepatan dan arah dapat ditambahkan melalui penggunaan planetary gear gabungan.

Cara Kerja Planetary Gear

Setiap komponen dalam planetary gear set, sun gear, pinion gear carrier, dan ring gear dapat berputar atau di tahan. Perpindahan tenaga melalui sebuah planetary gear set hanya mungkin ketika satu komponen di tahan, atau jika dua komponen di tahan bersama.

Salah satu dari tiga komponen sun gear, carrier, atau ring gear dapat digunakan sebagai penggerak atau komponen input. Pada saat yang bersamaan, komponen yang lain tetap berputar dan kemudian menjadi komponen yang ditahan atau diam. Komponen ketiga kemudian menjadi bagian yang digerakkan atau output. Tergantung pada komponen yang menjadi penggerak, yang ditahan, dan yang digerakkan, peningkatan torque atau peningkatan kecepatan akan dihasilkan oleh planetary gear set. Arah output juga dapat di balik melalui berbagai kombinasi.

Tabel 1 – Aturan Hukum Cara Kerja Planetary Gear

Sun Gear	Carrier	Ring Gear	Speed	Torque	Direction
1. Input	Output	Ditahan	Reduksi maksimum	Meningkat	Sama dengan input
2. Ditahan	Output	Input	Reduksi minimum	Meningkat	Sama dengan input
3. Output	Input	Ditahan	Kenaikan maksimum	Reduksi	Sama dengan input
4. Ditahan	Input	Output	Kenaikan minimum	Reduksi	Sama dengan input
5. Input	Ditahan	Output	Reduksi	Meningkat	Kebalikan dari output
6. Output	Ditahan	Input	Pningkatan	Reduksi	Kebalikan dari input
7.         Bila dua anggota ditahan bersama, kecepatan dan arah sama dengan input.  Langsung 1:1 pergerakan terjadi.
8.         Bila tidak ada anggota yang ditahan atau terkunci bersama, keluaran tidak terjadi. Hasilnya adalah kondisi netral.

Kesimpulan prinsip dasar planetary gear, menyatakan planetary gear set memberikan output kecepatan, torque, dan arah bermacam - macam tergantung kombinasi yang ada. Juga bermanfaat untuk mengingat dua maksud berikutnya dengan mengacu pada arah putaran:

Gambar 30

1.     Bila external dan external gear tooth set bertautan, akan terjadi perubahan arah putaran output (Gambar30).

Gambar 31

2.     Ketika gigi external gear bertautan dengan sebuah internal gear, putaran output kedua gear tersebut akan sama (Gambar 31).

Kombinasi 1: Maximum Forwad Reduction

Gambar 32

Dengan ring gear dalam keadaan diam dan sun gear berputar searah dengan arah jarum jam, gigi eksternal sun gear akan memutar planetary pinion berlawanan arah dengan jarum jam pada shaft-nya. Diameter dalam dari setiap planetary pinion mendorong melawan shaftnya, menggerakan planetary carrier searah jarum jam. Sun gear yang kecil (penggerak) akan berputar beberapa kali, menggerakkan planetary carrier satu revolusi penuh, menghasilkan reduksi. Kombinasi ini mewakili gear reduksi paling besar atau kelipatan maximum torque yang dapat dicapai dalam satu planetary gear set. Kecepatan input akan tinggi, tapi kecepatan output akan turun.

Kombinasi 2: Minimum Forward Reduction

Gambar 33

Sun gear diam dan ring gear berputar searah jarum jam. Ring gear menggerakkan planetary pinion searah jarum jam dan berputar mengelilingi sun gear yang diam. 

Planetary pinion menggerakkan planetary carrier dengan arah yang sama dengan ring gear.  Ini menghasilkan lebih dari satu putaran input bila dibandingkan dengan satu putaran penuh output. Hasilnya adalah penggandaan torque. 

Besarnya reduksi tidak sebesar seperti dalam kombinasi 1. Planetary gear set sedang beroperasi dengan mid size ring gear menggerakkan planetary carrier besar. Sehingga kombinasi tersebut menghasilkan minimum penurunan arah maju.

Kombinasi 3: Overdrive Maksimum

Gambar 34

Ring gear dalam keadaan diam dan planetary carrier berputar searah jarum jam, tiga planetary pinion shaft mendorong melawan diameter dalam planetary pinion. 

Pinion tersebut didesak untuk berjalan mengelilingi bagian dalam ring gear, yang menggerakkan sun gear searah jarum jam. Carrier berputar kurang dari satu putaran input dibanding dengan satu putaran output, yang menghasilkan kondisi overdrive. Dalam kombinasi ini, planetary carrier berukuran besar berputar kurang dari satu putaran dan menggerakkan sun gear yang lebih kecil pada kecepatan yang lebih besar dari kecepatan input.  Hasilnya adalah overdrive yang cepat dengan kenaikan kecepatan maksimum.

Kombinasi 4: Slow Overdrive

Gambar 35

Sun gear diam dan carrier berputar searah jarum jam. Pada saat carrier berputar, pinion shaft mendorong diameter dalam pinion dan didesak untuk berjalan di sekeliling sun gear yang tertahan. Ini menggerakkan ring gear lebih cepat dan kecepatan meningkat. 

Carrier yang berputar kurang dari satu putaran menyebabkan pinion menggerakkan ring gear satu putaran penuh dalam arah yang sama dengan planetary carrier. Seperti dalam kombinasi 3, kondisi overdrive terjadi, tetapi carrier yang berukuran besar saat ini menggerakkan ring gear yang berukuran menengah.

Kombinasi 5: Slow Reverse

Gambar 36

Sun gear yang berukuran kecil menggerakkan ring gear dengan planetary carrier tertahan diam.  Planetary pinion, gear yang digerakkan oleh external sun gear, berputar ke arah yang berlawanan dengan arah gerakan jarum jam atas shaft-nya.  Planetary pinion menggerakkan internal ring gear.  Pada saat sun gear sedang bergerak, planetary pinion digunakan sebagai idler gear untuk menggerakkan ring gear berlawanan arah jarum jam. 

Ini berarti bahwa input shaft maupun output shaft sedang bekerja dengan arah yang berlawanan atau terbalik untuk memberikan aliran power mundur. Karena penggerak sun gear terkecil dan ring gear yang berukuran sedang digerakkan, hasilnya adalah mundur perlahan (reduksi).

Kombinasi 6: Fast Reverse

Gambar 37

Untuk mundur cepat, carrier ditahan, sedangkan sun gear dan ring gear berganti tugas, dengan ring gear menjadi penggerak dan sun gear menjadi yang digerakkan. Pada saat ring gear berputar berlawanan arah jarum jam, pinion juga berputar berlawanan arah jarum jam, sedangkan sun gear berputar searah jarum jam. Dalam kombinasi ini, input ring gear menggunakan planetary pinion untuk menggerakkan output sun gear. Sun gear berputar kebalikan dari input gear. 

Dalam kombinasi ini, gear tengah berputar berlawanan arah jarum jam menggerakkan sun gear yang kecil searah jarum jam, yang memberikan arah mundur cepat (overdrive).

Kombinasi 7: Direct Drive  

Gambar 38

Dalam kombinasi direct drive, ring gear dan sun gear merupakan komponen input.  Mereka berputar searah jarum jam pada kecepatan yang sama. Gigi internal dari ring gear yang berputar searah jarum jam akan berusaha memutar planetary pinion searah jarum jam. Tetapi sun gear berputar searah jarum jam, akan mencoba menggerakkan planetary pinion berlawanan arah jarum jam. Gaya berlawanan ini mengunci planetary pinion melawan putaran seluruh planetary gear set berputar sebagai satu kesatuan lengkap. Hal ini mengikat bersama anggota input dan output dan menyediakan direct drive. Untuk direct drive, kedua anggota  input harus berputar pada kecepatan yang sama.

Kombinasi 8: Pengoperasian Netral

Gambar 39

Gambar 1 sampai 7 menghasilkan gerakan output dengan berbagai macam kecepatan, torque, dan arah. Dalam setiap keadaan satu komponen dari planetary gear set di tahan atau dua komponen di kunci untuk output. Ketika tidak ada komponen yang ditahan akan ada input dalam gear set, tetapi tidak ada output. Hasilnya adalah kondisi netral.

Kesimpulan Operasi Planetary Gear Set

§  Ketika planetary carrier berfungsi sebagai penggerak (input), gear set menghasilkan kondisi peningkatan kecepatan (overdrive).  Kecepatan bertambah, torque berkurang.

§  Ketika planetary carrier berfungsi sebagai komponen output, gear set tersebut menghasilkan pengurangan kecepatan arah maju. Kecepatan berkurang, torque bertambah.

§  Ketika planetary carrier ditahan, gear tersebut akan menghasilkan arah mundur.

Untuk mengetahui apakah kecepatan yang dihasilkan cepat atau lambat, ingatlah aturan mengenai gear besar dan kecil.

§  Gear besar yang menggerakkan gear kecil meningkatkan kecepatan dan mengurangi torque gear yang digerakkan.

§  Gear kecil yang menggerakkan gear besar mengurangi kecepatan dan meningkatkan torque gear yang digerakkan.